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2002-09-01 21:52:22| 人氣1,218| 回應1 | 上一篇 | 下一篇

【小泊的天才夢】物質三態

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話說小泊在國小五年級的時候,是在鄉下的一所小學上課,這座小學不大不小,每一個年級有五個班。

班上的級任老師是一個剛從師專畢業不久的帥哥吳老師。雖然他也跟其他老師一樣會打小朋友的手心,但是大部分的時候,這群頑皮的小孩都覺得他「有點不夠兇」(跟其他老師比),學生因此常常都不太怕他,有時會騎到他頭上。班上的同學們普遍覺得吳老師對小朋友還不錯。
  
小泊那時候是個呆呆的、看起來十分平庸的兒童;跟侯文詠那種從小就不可一世的樣子,有著天壤之別。成績在那個鄉下小學還算可以,通常月考可以考到班上前十名之內。父母親對於教育的觀念與小泊自己一樣,都是生平無大志,目標非考試;對於課業成績絲毫不以為意,也不會因為課業而給小泊施加壓力。

時正是夏天的一個上午,吳老師表情生動,口沫橫飛地在上自然課。這一課叫做「物質三態:固體、液體、氣體」。上課時老師說:「所有的東西都有這三態,而且除了這三態,就沒別的態了。」

那時候小泊十分好奇,為什麼所有的東西都只有三態?真的只有三態嗎?

自以為聰明的小泊,腦筋一轉,好像發現了什麼寶物似地,趕緊舉手發問:「老師,那『火』算是液體還是氣體?」

只見老師側著頭想了一會兒,才說道:「火是很特殊的東西,它是一種“半固體”,從固體可以變成氣體。因為你看一堆木柴在燒的時候,本來是固體的木柴,燒一燒就變成白煙了,所以說火是可以從固體變成氣體的『半固體』。」
  
當時懵懂的小泊似懂非懂,覺得好像很有道理,便點點頭。但是內心對這個答案有一點小小的失望,因為疑惑課本上寫的東西怎麼跟老師說的不一樣?接著老師要求聲音喧鬧的全班同學安靜一點,然後就繼續上課

老師繼續講解著,以水為例,溫度低於0度C的時候,水是固體的冰;溫度在0~100度C的時候,水是液體的水;溫度在100度C以上的話,水是氣體的水蒸氣。吳老師同時還解釋了何謂水的「冰點」、「沸點」,原來就是指水的物質型態會變化的那一個溫度點。冰點是0度,沸點是100度。說到此處時,吳老師指著課本上的一句話告訴大家,如果溫度一直沒變化,那物質的型態、體積、質量也都會一直不變。 

好奇寶寶小泊立刻發覺了一點點不對勁,咦?真的溫度不變的話,物質的體積和質量就不會變嗎?

小泊舉手發言了第二個問題:「老師,溫度不變,體積和質量就不會變,這句話是真的嗎?」

老師:「當然是真的,不然課本還會騙你嗎?」

小泊:「那麼人為什麼為『長大』?人的『長大』難道不是『體積的變化』嗎?而且人的體重也會變啊?我又比上個月多兩公斤了耶!」

老師:「.....」好像愣了一會兒,大概心想,死小孩,你的體重早就超重啦!

老師想了好幾分鐘,似乎進入恍惚狀態,回神後一本正經地說:「人和火類似,火是『半固體』,人是一種『特殊的固體』,所以人的體積和質量才會變化。」

小泊:「老師,那課本寫錯囉?它會騙人ㄟ!它明明寫說只要溫度不變,體積和質量都不會變!」

老師:「.....嗯,課本有時候也會寫錯啦,它不是故意要騙你的....」
  
看倌您可能以為小泊真是個壞小孩,竟然挑老師的語病。但其實那時候的小泊完全是一片赤誠的善意,小泊那時候真的十分佩服老師....,好厲害的老師,竟然發現了課本上的錯誤,真是讓小泊崇拜!

老師準備繼續上課,這時旁邊另一個同學手舉得好高,看樣子有新鮮的問題想要發問。大概跟小泊的拋磚引玉有關吧,小泊內心偷笑著,原來主動舉手發問也可以帶動風潮流行。

但是不知何故,老師好像一直沒看見那位同學的舉手,一直再繼續解說後面課本上的內容。這時好心兼熱心的小泊,便主動幫了那位同學一個忙,大聲地告訴老師:「老師,他有問題!」老師才注意到,又有一位同學舉手了。
  
只聽得那位同學問:「老師,那『光』是什麼?是固體、液體、還是氣體?」
  
老師這時卻不再沉吟,以一種高亢的聲音說:「怎麼還問這個問題呢?光不是跟火一樣嗎?」那位同學忽然好像被老師的語氣嚇了一跳,小泊也被老師嚇了一跳,想必全班同學都被老師的語氣嚇了一跳。

半節課就在安靜到快要讓人睡著的氣氛中進行。那位同學覺得很委屈似的,表情一直呆到下課。而半節課的時間內,小泊的腦袋瓜並不十分安分,一直在想剛剛那幾個問題,火、人、光與物質三態,這些真的是老師所說的那樣嗎?

放學後,我回家問幾個長輩,「火真的是半固體嗎?」他們也沒有一個人知道,但是都覺得老師的回答很有道理,尤其佩服木柴燒一燒就變成氣體這種說法。問題是小泊不願意相信火是半固體,因為覺得好像有點怪怪的。
  
但是健忘的小泊隔天睡一覺醒來,就忘了有這回事,也忘記了要跟那位同學來討論。小泊就是這樣,看起來好像不苯,但是經常卻又忘東忘西的,這種健忘讓小泊自己也很困擾。

一直到事隔多年,小泊已經是一個大學生了,某一天在校園內忘了不知何故,忽然回憶起了小時候的這個問題,才猛然驚醒:原來那時候吳老師的回答有錯誤!

聰明的讀者,您小學五年級的時候,一定不會像小泊那麼笨吧?現在一定知道老師的錯誤在哪裡吧?如果不懂也沒關係,那表示您跟那時候的小泊一樣,只是對於自然課並沒有完全理解而已。

其實,在物理學上,“火”並不是「物質」,而是「能量」。古典物理學把我們能感受的世界,天地萬物都歸納為兩種東西的組成,這二種東西一是物質,一是能量。(但現代物理學還有反物質....等超出常人理解的概念,這些泊也還不懂)

像同一個物質能變化成三態那樣,同一股能量也可以變來變去。常見的變化形式有動能、位能、光能、熱能、電磁能等形式。

物質燃燒的時候,會同時釋放出二種形式的能量:光能、熱能。光和熱在一起,就是我們所看到的“火焰”;至於燃燒時產生的白煙或黑煙,一半是因為木柴燃燒後釋放出本身的一些碳在空氣中漂浮;一半是因為木柴本身含有一些些水份,遇到高熱,被蒸發成水蒸氣。

所謂固體、液體、氣體的物質三態,說的是「物質」的型態變化。而當時小泊、老師、甚至全班同學,都對物質和能量的區分觀念不甚清楚,才會問出這樣有趣的問題。那時候的我們,以為「物質」這個名詞就是泛指所有的東西,而不知道這個名詞並不包括光、火這些能量在內。

而『人』以及所有的動物、植物,都屬於生物,生物一律都由細胞構成。細胞會慢慢自行分裂複製,因此所有的生物都會「長大」。而一個細胞裡頭,就有許多構成細胞生命的的「物質」、「能量」。

至於物質的型態為什麼可以變成固體、液體、氣體,這樣變化呢? 因為有「能量」在物質上運作,水因為「溫度」(熱能)的高低,而變成冰、水蒸汽。

小學課本上說的「溫度不變,物質的體積與質量就不變。」這是針對小學生的理解能力而寫的。但到了國中物理時,便改為「質量守恆」與「能量守恆」的觀念(牛頓以降的古典物理學基本觀念);到了高中物理,又進一步擴大為「質能守恆」定律。(物質和能量之間可以互相轉換,轉換的公式就是愛因斯坦的狹義相對論:能量等於質量乘以光速平方。質能之間的轉換超越了小學生的程度範圍)

至於那位同學問的,光是什麼?現代物理學告訴我們,光就是光能(但無法與熱能截然切割二分),光能是一種電磁波,同時具有粒子與波動的雙重性質。

在日常生活中,火其實也是一種光,光其實也是一種火。例如太陽是恆星,也就是一團氣體高溫燃燒的火球,能量輻射到了地面時看起來就是陽光。

平常我們夜空中可看見的星光,大多數也都是火球。
    



台長: 天光
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(悄悄話)
2011-01-19 07:37:48
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